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北京邮电大学硕士学位论文 基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 基于网格处理平台的远程医疗系统和可靠性研究 摘要 网格是以i n t e m e t 、w e b 技术和分布计算技术为基础，将地理上分 散的各类计算资源、存储资源、数据资源、应用资源、仪器设备等构 成统一的虚拟环境，采用开放标准的协议，实现资源的有效共享，为 动态参与的、由多机构所形成的虚拟组织协同完成高性能计算、信息 处理等各类应用，提供可扩展的、安全的、一致的、不同等级质量的 服务。 远程医疗通常包括视频咨询与医疗数据及图像的传递。由于网格 技术的发展，患者、远程医疗的提供者和健康救护组织现在能够通过 许多其他方式来共享资料。远程数据的收集与传输技术同医疗系统日 益融合，也使数据处理系统的需求随之增长。 本文中，我们提出了一个基于网格计算处理技术为基础的连接无 线网络用户和有线网格资源的医疗监护和服务系统。 首先，由嵌入人体内部或附与体表的微传感器采集心( 电) 信号 然后用户的无线终端把这些信号加以收集并初步处理，结果将直 接提示用户。 初步处理的数据经由无线网络发送到代理网关( 备份) ，并由无线 用户对之授权使其临时代理用户身份与网格计算系统交互。 由于数据的不断累积，进一步的处理将带来巨大的计算需求，并 产生具体的计算任务。我们的p o r m 中间件平台将调用g l o b u s 提供 的服务来管理和调度计算任务的初始，监控和计算结果的收集，并实 现管理策略。 最后系统将处理结果存储在数据库中，供后续的数据分析和挖掘。 论文中详细描述代理网关的原理和实现，基于策略的资源调度平 台。 论文还对系统的无线网络和有线网格部分的可靠性进行分析，推 出多个可能情况下的数学模型。进一步的分析揭示了其中的联系，并 为可靠部署提供依据。 关键词：网格计算心电图远程医疗可靠性 北京邮电大学硕士学位论文 基于脚格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 g r i de n a b l e de h e a l t hs y s t e ma n d r e l i a b i l i t ys t u d y a b s t r a c t g r i d c o m p u t i n g ，w h i c h i sb a s e do ni n t e m e t ，w e bt e c h a n d d i s 订i b m e d c o m p u t i n g ， f o r m sau n i n e dv i n u a l 0 唱a n i z a t i o n w i t h g e o g r a p h i c a l d i s t r i b u t e d c o m p u t i n g ， s t o r a g e ，d a t a ， 印p l i c a t i o n a n d i n s t r u m e m sr e s o u r c e su s i n go p e ns t a n d a r dp m t o c o lt or e a l i z ee f 艳c t i v e r e s o u r c es h a r i n g ，a 1 1 dt op m v i d es c a l a b l e ，s e c u r e ，c o n s i s t e ms e n ，i c eo f d i 脏r e n tl e v e lo fq o sf o rv 盯i o u sk i n do f h i 曲- p e r f o 肌a 1 1 c ec o m p u t i n g a n di n f o h n a t i o np r o c e s s i n ga p p l i c a t i o nw i m c o o p e r a t i o n 丘o md y n a m i c p a r t i c i p a t e dm u l t i i n s t i t u t i o n s e _ h e a l t hu s u a l l yc o v e r sv i d e oc o n s u l t a t i o na n dd e l i v e r yo fm e d i c a l d a t aa n di m a g e d u et ot h ee m e 唱i n go fg r i dc o m p u t i n gt e c h ，p a t i e n t s ， e _ h e a l t hs e r v i c ep r o v i d e r sa n dh e a l t h c a r eo r g a n i z a t i o n sn o wc a ns h a r e t h e i rd a t aw i t hg r i d 印p r o a c h e s t h ec o n v e 娼i n gt r e n do fr e m o t ed a t a c o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o nw i t hm e d i c a ls y s t e mb r i n g sh i 曲e rd e m a n do f d a t ap r o c e s s i n g w i t h i n 血i st h e s i s ，w eb r i n gu pan e wg r i d - e n a b l e de _ h e a l t hs y s t e m t h a tc o n n e c t sb o t hw i r e l e s su s e r sa n dw i r e dg r i dr e s o u r c e s a tf i r s t ，s e n s o r st h a te m b e d d e di n s i d eh u m a nb o d yo ra t t a c h e dt ot h e s u r f a c ec o l l e c tp h y s i o l o g i c a l s i g n a l s t h e nw i r e l e s st e r m i n a l so fu s e r s m a k eaf l r s ts t e pp r o c e s s i n gb e f o r es e n d i n go u tt ow i r e l e s sb a s es t a t i o n s p r e l i m i n a ur e s u l t s 丹o mf i r s ts t e pw i l lb ep o s tt ou s e r sd i r e c t l y 些室! ! ! ! ! 旦查兰堡主堂竺堡；塞； 苎堕塑竺塑里鱼塑垩堡匡生竺堡墨竺翌旦堑生婴蜜 d a t aa r e rb a s i cp r o c e s s i n gw i l lb et r a n s m i t t e dt os u r r o g a t e ( w i t h r e p l i c a ) a n du s e r sg r a ma u m o r i z a t i o nt os u r r o g a t et oi n t e r a c tw i t hg r i d c o m p u t i n gs y s t e mt e m p o r a r i ly c o n c r e t e c o m p u t i n gj o b s a n dh u g ec o m p u t i n gr e q u i r e m e n ta r e g e n e r a t e dw i t ht h ea c c u m u l a t i o no fd a t a 0 u rm i d d l e w a r ep l a t f o m p q r ms y s t e mt h e ni n i t i a lm 皿i n gj o b s ，p r o v i s i o n ，a n dc 0 1 l e c t r e s u l t s w i t hd e 6 n e dp o l i c y t h r o u g ht h ei n v o k i n go fs e r v i c e s f r o mg l o b u s e n v i r 0 1 1 1 1 1 e n t t h ef l n a lr e s u l tw i l lb es t o r e di nd a t a b a s es y s t e mf o rs u c c e e d i n g a n a l y s i sa n dr e t r i e v i n g t h et h e s i sm a k e sad e t a i ld e s c r i p t i o no fs u r r o g a t ea n dp o l i c yb a s e d r e s o u r c em a n a g e m e n tp l a t f o r m t h et h e s i sa l s oa n a l v z e st h er e l i a b i l i t vi s s u eo fb o t hw i r e l e s sa n d w i r e dp a r to fw h o l es y s t e ma n dc o n d u c tm a t h e m a t i c a lm o d e lo fv a r i o u s s c e n 耐o s af h m l e ra n a l y z ei n d i c a t e st h ei n s i d ec o n n e c t i o na n dp r o v i d e r e f b r e n c ef o ra c t u a l l yd e p l o y m e m k e yw o r d s ：g r i dc o m p u t i n g e 1 e c t r o c a r d i o g r a m e - h e a l t h r e l i a b i l i t y 4 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与旋斟若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 燃同期：2 型2 。颦 l|f 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅：学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：型兰：生 同期：之! 主苎 北京邮电人学硕士学位论文基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 1 1 工程项目产生的背景 第一章绪论 二十世纪的最后十年，i n t e m e t 迅速蔓延到世界各地，成为人们沟通信息和 协同工作的有效工具。更为重要的是，i n t e m e t 上汇集的成千上万的计算资源、 数据资源、软件资源、各种数字化设备和控制系统共同构成了生产、传播和使用 知识的重要载体。 另一方面，无线通信技术的发展和个人移动终端的普及把社会生活中的每个 人紧密联系起来，具有高度的灵活性。用户可以在任何时间、任何地点通过移动 终端接入网络，而不必受限于固定网络接口。将这种灵活性和因特网结合起来， 因特网的信息资源优势将得到更大限度的发挥，用户也可以实现随时随地的信息 索取，从而更方便了用户的使用。 如何将物理上互连的众多资源汇聚起来，联合提供服务，这是网络计算技术 的实质。网络计算是一个迅速发展中的技术，“网络计算”一种理解是指：将由 各种网络连接起来的各种自治资源和系统组合起来，以实现资源共享、协同工作 和联合计算，为各种用户提供各类综合性服务。网络计算技术从最初的局域网络 环境的计算，发展到广域网络环境的计算，将继续发展为“无处不在的计算”， 为构建具有高性能处理、海量数据存储和大量诸如传感器和移动设备等人类社会 的信息处理基础设施奠定技术基础。 同时随着生命科学研究的深入和人们对自身生命价值认识的提高，伴随着人 口老龄化社会的到来，对普遍的，低成本的，无所不在的个人监护服务的需求也 不断涌现。而目前的个人终端虽有移动随身的特点，却在处理能力，存储容量和 功耗上无法满足长期的，实时性处理，海量数据分析的要求。这促使我们考虑设 计这样一个自动化，容错的网格系统，来实现这一愿望。 我们设想网格在其中将扮演这样的角色：管理各种设备，动态调度资源，提 供资源预留服务和自适应网络的拥塞，提供海量数据的实时存贮和检索服务，在 设备和远程存贮系统之间提供传输服务，对动态可视化和分析提供支持，支持对 远程仪器( 如心脏起博器) 的控制，协助进行数据分析，以摸索出疾病的发展规律。 远程医疗通常包括视频咨询与医疗数据及图像的传递。由于计算机技术的发 北京邮电大学硕士学位论文摧于刚格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 展，患者、远程医疗的提供者和健康救护组织现在能够通过许多其他方式来共享 资料，这其中包括互联网。它可以被用来进行不同用户问的网上咨询服务，可以 传递和储存医疗记录和其他重要资料，可以进行与临床服务有关的电子商务。远 程数据的收集与传输技术同医疗系统日益融合，也使数据处理系统的需求随之增 长。而那些以已有的信息数据库为基础的、有助于预测未来医学问题的系统，则 显得更为重要。 1 2 工程项目的目标 结合目前网格技术和通信网的发展，设计一个跨越无线通信网和有线通信网 的个人生理信息处理服务平台，连接分布式的计算及存储资源，以提供个人健康 的实时监护和医学信息数据的存储，共享和挖掘。 因为是在项目的第一阶段，具体的目标是服务平台原型结构的设计和实现。 主要的医学应用是对人体( 电) 生理信号的处理和实时监护，以提供早期突发心脏) 疾病预警。同时也使用了目前最为普遍g l o b u st o o k i t 处理平台，加入了对资源 策略性调度的考虑。 通过参加这一项目，对网格技术在汇聚，分配分布式资源以及可靠性服务方 面加深了理解。 1 3 论文的主要内容 1 3 1g i o b u s 平台的搭建 网格技术中对分布式资源的共享，调度需要一个独立与单个操作系统的中间 层来实现，这就是目前的中间件技术。 网格中间件层是指一系列工具和协议软件，其功能是屏蔽网格资源层中计算 资源的分布、异构特性，向网格应用层提供透明、一致的使用接口。网格中间件 层也称为网格操作系统( g r i do p e r a t i n gs y s t e m ) ，它同时需要提供用户编程接口和 相应的环境，以支持网格应用的开发。 目前全球同步进展的网格计算中间件平台中，以开源的g i o b u st o o i k i t 最为 普遍。正因为如此，我们使用这个平台来进行服务平台的设计和开发。在正文的 丌始，将介绍这一平台的结构和对网格技术的实现。 北京邮电大学硕士学位论文基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠。件研究 1 3 2p 矾m 系统的实施 g l o b u s 平台只是基本的分布式处理聚合平台，没有上层的资源调度考虑， 也不能直接和无线通信的网络相连。这样的结构下，实际的计算和存储资源是无 法使用的。为此，我们提出了基于策略的资源调度方法和代理网关的连接结构来 解决这。问题。这一部分将介绍基于策略的资源调度系统的思想和实现。 1 3 3 代理网关的结构 为跨越无线网络无线终端和固定的分布式资源，使用代理网关可以屏蔽两侧 的细节，也为商业化中服务分割带来方便。在这一部分，还有系统寻址，用户鉴 别，系统备份和负载平衡的考虑。同时对j a v a 代理网关的原理有相应的描述。 1 34 心电信号与生理病症的关系和网格计算的应用 这一部分包含对基本心脏结构和心( 电) 信号机制的说明及计算应用的介绍。 1 3 5 系统可靠性研究 对生命健康的服务系统，它本身的可靠性需要加以特别的考虑和分析。我们 分析了通信过程中可能的失效模块，提出了影响系统可靠性的关键因素和数学模 型，为实际部署提供理论依据。 北京邮电大学硕士学位论文 基于嗍格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 第二章网格计算体系 2 1 网格计算的基本介绍 2 1 1 网格计算的概念和定义 网格是以i n t e r n e t 、w 曲技术和分布计算技术为基础，将地理上分散的各类 计算资源、存储资源、数据资源、应用资源、仪器设备等构成统一的虚拟环境， 采用开放标准的协议，实现资源的有效共享，为动态参与的、由多机构所形成的 虚拟组织协同完成高性能计算、信息处理等各类应用，提供可扩展的、安全的、 一致的、不同等级质量的服务。 网格的目标是抽象并量化计算资源，随时随地能够通过网络“定额”完成“定 量”的计算相关的工作。 对网格计算最常见的描述将其比喻成电力网格。当您给电器或其它用电设备 接入电源时，您希望可以使用正确电压的电力，但并不知道该电力的实际来源。 当地的公用事业公司提供了接入由发电机和电源组成的复杂网络的接口，并且 ( 在大多数情况下) 为满足您的能源需求提供了满意的服务质量。不需要每家每户 或邻近地区使用和维护他们自己的发电机，电力网格基础设施提供了虚拟的发电 机。该发电机高度可靠，并根据客户的要求来适应客户的电力需求。 网格计算的前景与此类似。一旦合适类型的基础结构就位，用户就可以访问 可靠并且适应用户需求的虚拟计算机。这个虚拟计算机将由各种计算资源组成。 但是这些单个的资源对于用户将是不可见的，就象用电户不知道他们的电是怎样 产生的一样。要实现这种前景，就必须有网格计算标准，它支持构建安全而又健 壮的基础结构。诸如开放网格服务体系结构( o 口e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ， o g s a ) 之类的标准和诸如g l o b u st o o l k i t 一类的工具，提供了必要的框架。最初， 企业构建了自己的基础结构( 我们可以称之为内部网格) ，但是随着时间的推移， 逐渐将这些网格互连起来。诸如o g s a 之类的标准将使这种互连成为可能，而 被比喻成电力网格的网格计算将成为现实。 北京邮电大学硕士学位论文基于踟格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 网格计算可以从三个方面来理解。 从概念上，网格计算的目标是资源共享和分布协同工作。网格的这种概 念可以清晰地指导行业和企业中各个部门的资源进行行业或企业整体 上的统一规划、部署、整合和共享，丽不仅仅是行业或大企业中的各个 部门自己规划、占有和使用资源，这种思想的沟通和认同对行业和企业 是至关重要的，将提升或改变整个行业或企业信息系统的规划部署、运 行和管理机制。 网格是一种技术。为了达到多种类型的分布资源共享和协作，网格计算 技术必须解决多个层次的资源共享和合作技术，制定网格的标准，将 i n t e m e t 从通讯和信息交互的平台提升到资源共享的平台。 网格是基础设施，是通过各种网络综合计算机、数据、设备和服务等资 源的基础设施。随着网格技术逐步成熟，建立地理分布的遍布全国或世 界的大型资源节点，集成网络上的多个资源，联合向全社会按需提供全 方位的信息服务。这种设施的建立，将使用户如同今天我们按需使用电 力一样，无需在用户端配套大量的全套计算机系统和复杂软件，就可以 简便地得到网格提供的各种服务，这种设备、软件投资和维护开销将大 大减少。 网格的特点是：资源共享，协同工作，动态配置，采用开放式标准，高度可 扩展。 2 1 2 网格技术的起源和发展 网格技术的产生、发展必须具备以下基本条件：计算资源的广域分布、网络 技术( 特别是i n t e m e t ) 增长的对资源共享的需求。在计算机技术发展的早期阶段， 只有很少数量的大型计算机，它们通常被安装在相互独立的计算中心内，多个计 算机用户通过使用终端来共享一台大型机的资源，但却不能同时共享多台大型机 的计算资源。随着网络技术的发展，多台大型计算机可以在局域网m a n ) 内互连， 用户通过网络便可以同时使用多台计算机的资源。而i n t e m e t 的飞速发展和普及 使得网格计算技术的产生成为可能。 北京邮电大学硕士学位论文 基十网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 图2 1 网格计算资源共享的发展 电力网构成示意图 网格组成示意图 图2 2 电力网和网格的组成对比 目前对计算力的需求正在持续不断地增长。高速网络、功能和性能更加强大 的大规模计算系统、高性能存储系统以及高级数据分析软件的应用为解决商业领 北泵邮电大学坝十学位论文基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 域和科学领域的计算问题带来了希望。但是利用这些新的能力意味着应付不断增 加的工作负荷要求所带来的空前挑战。当一个组织机构在努力保持竞争力的时候 他们面临许多前所未有的挑战：减少计算费用、增加计算吞吐量、加快对市场的 响应、改进生产服务质量和产品创新等都是非常重要的。一个组织机构在硬件方 面的投资需要谨慎地进行权衡，并且必须找到利用可得资源完成更多工作的方 法。 尽管对计算力的需求是非常大的，但是许多现有的系统都没有得到充分利 用。 其中一些单个服务器也许满负荷工作，但是大多数系统却不是满负荷工作 的，使许多计算周期( c o m p u t i n gc y c l e s ) 没有使用，而实际上这些计算周期可以用 于满足不断增长的计算资源需求。网格计算使组织机构可以更加有效地和灵活地 用他们的分布式计算资源，从现有的系统中获取更加有用的计算力，帮助组织机 构获得竞争优势。 2 1 3 网格计算中的基础概念 资源发现：资源发现是网格主动去发现可用的资源，并注册、管理这些资源 的过程。 资源调度：如何充分利用网格收集的计算资源进行高效率地合理地使用是资 源调度的研究范畴。 异构：是抽象的本源动力。 元计算：是关于“计算”的计算，就像“元语言”是描述语言的语言一样， 元计算是为了进行计算而展开的计算活动，是网格对资源进行抽象的过程。 计算网格：网格的重心在解决高密度的计算问题的网格结构。 数据网格：重心在高密度、海量数据的储存和管理、使用过程的网格结构。 2 14 网格的分类 可以用各种方式使用网格计算来满足各类应用程序需求。通常，网格是根据 它们处理得最好的解决方案的类型来分类的。当然，这些网格类型之间并没有严 格的界限，并且网格常常有可能是其中两种或多种类型的组合体。 计算网格。计算网格着重于专门留出用于计算能力的资源。在这类网格 中，大多数机器都是高性能的服务器。 数据网格。数据网格负责容纳和提供对跨多个组织的数据的访问。用户 只要有权访问数据，就不必关心数据位于哪里。例如，可能有两所大学 都正在从事生命科学研究，各自拥有独一无二的数据。数据网格允许这 北京邮电大学硕士学位论文 基于嘲格处理_ 甲台的远程医疗处理系统和可靠性研究 两所大学共享其数据、管理数据并管理诸如谁有权访问什么数据之类的 安全性问题。 2 2 网格计算的标准和组织 网格丝丝相连，由可能位于不同位置或组织的资源构成了一个统一的、安全 的异质资源集合。如果没有通用的架构和互操作性协议，不同供应商的解决方案 就不会实现相互对话，从而形成孤立的网格孤岛。处理多样性是一项复杂的工作， 通过采纳标准可减轻其复杂性。如果标准得到广泛的接纳，会对互操作、客户灵 活性和可选范围等产生推动作用，从而直接影响网格计算。 目前包括全球网格论坛g g f ( g l o b a lg “df o m m ) 、对象管理组织o m g ( o b j e c t m a n a g e m e n tg r o u p ) 、互连网联盟w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o n i 啪) 以及g l o b u s 项目组在内的诸多团体都试图争夺网格标准的制定权。 g l o b u s 项目组在网格协议制定上有很大发占权，因为迄今为止，g l o b u s t o o l k i t 已经成为事实上的网格标准。目前大多数网格项目都是基于g l o b u s t o o l k i t 所提供供的协议及服务建设的，例如美国的物理网格g r i p h y n 、欧洲的 数据网格d a t a g r i d 、荷兰的集群计算机网格d a s 2 、美国能源部的科学网格和 d i s c o m 网格、美国学术界的t c r a g 谢，等等。 下面这些组织领导着网格计算的全球标准化工作： g g f g l o b u sa l l i a n c e ( g l o b u st o o l k i t ) 0 a s i s ( 0 r g a n i z a t i o nf o rt t l ea d v 肌c e m e n to fs n u c t u r e di n f o 肌a t i o n s t a n d a r d s l 2 21 网格标准组织中常见的概念 工作组( w o r k i n gg r o u p ) 。工作组其存在时间通常是有限的( 4 2 4 月) ，它关注 于特定的、某一方面的技术细节，尝试提出一系列的文档资料。技术规范和推荐 标准是他们工作的焦点。最终它会解散或者修订其组织宪章继续工作。 研究组( r e s e a r c hg m u p ) 。研究组其存在是长期的，它尝试定位一系列没有 相应经验的技术问题，或者现在尚不成熟的技术标准。它不提出技术规范和推荐 标准，而是提出情报性质的，或者实验性，实践性的文件。虽然不期望它能发展 成w o r k i n gg r o u p s ，但给现有的w o r k i n gg r o u p s 提供输入或者标准跟踪也是需要 的。 领域( e a ) 。一个领域是一个相关工作组和研究组的集合。领域存在是为了 北京邮电大学领+ 学位论文 基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 管理的目的，主要是为了提供组间的交流。它不是由从上到下的结构所声明的， 而是由现有的或者l 临时的主题所驱动的。新的心e a 也可以根据需要建立。 宪章f c h a n e r l 。宪章相当于工作组或研究组与g g f 协商在相关领域工作的 合同。宪章需要被定期协商以便反映研究的现状，组织结构或者该组目标的变化。 工作组或研究组成立时要先和预期的g r o u pc 1 1 a i “s ) 以及g g fc h a i r 与g f s g ( s t e e r i n gg r o u p 协助主席管理的组，如同主席团) 进行磋商。当他们对被g f s g 批 准的c h a r t e r 的形式和内容满意后，c h a n e r 就成了形成工作组或研究组的基础。 2 22 全球网格论坛g g f 全球网格论坛是有意仿照i e t f 的模式建立的，其中具有相似的工作组，文 档处理过程，以及工作室结构。就像i n t e m e t 依赖于i e t f 发布的标准一样，g g f 的创立者们相信中间件标准是网格计算发展的基础，因此，他们按照制定 i m e m e t 标准过程的模型，创建了一种标准过程。 g g f 由七个领域组成，其中的每一个领域都由两名领域主管来领导。每一 个领域都由工作组和研究组构成。在大约2 5 个工作组当中，半数左右在深入挖 掘未经加工的需求( 称为“n e e d s ”) ，剩下的半数则在研究最佳方法( 即“h o w ”) 。 自从g g f 创立开始，随着来自f u j i t s u 、i b m 、p l a t f o mc o m p u t i n g 、s u n 等 一些公司的人员出任领域主管，业界在这些工作组中的参与也越来越多。 这七个领域包括： 应用程序及编程模型和环境( a p m e ) 。这个领域内的工作组和研究组致 力于研究为实现网格环境中的应用程序开发而需要相互配合的问题。 架构。架构组正负责研究如何将开放网格标准联系在一起，成为一个整 体架构或路线图中的组件。通过创建架构，我们可以排定各项不同规范 的优先级，显示它们之间的关系，并找出缺少的部分。迄今为止他们已 经制定了面向服务的o g s a 和与之相伴的开放网格服务基础设施( o p e n g r i ds e r v i c e si n 丘a s n u c t i l r e ，0 g s i ) 服务规范。到现在，o g s a 和o g s i 中的很多工作都是在简单对象访问协议( s i m p l eo b i e c ta c c e s sp r o t o c o l ， s o a p ) 等w e b 服务( w 曲s e i c c ) 标准之上建立的，并且一直与万维网联 盟( w o r l dw i d ew 曲c o n s o n i u m ，w 3 c ) o a s i s 中的相关工作保持积极的 合作。 数据。数据领域内的工作组试图解决如何发现、描述、存储、抽象、集 成、分布、发布、传输、保护以及恢复网格中的数据等问题。出于数据 是大多数网格应用程序都必须处理的组件，所以这个领域内的工作事实 北京邮电大学硕士学位论文 基于网格处理平台的远程医疗处理系统和町靠性研究 上与网格计算的所有方面都有关系。数据领域内最活跃的工作组是数据 访问和集成服务组( d a t aa c c e s sa i l di n t e g r a t i o ns e n r i c e s ，d a i s ) ，这个工 作组负责开发与0 g s a 兼容的规范，用于在数据库与网格服务之间建 立接口。 安全性。安全组正在努力制定授权框架、安全基础设施以及认证模型。 其中也有一些工作组紧盯与o g s a 有关的安全问题。这个小组提出的中 心问题包括：为了使用网格资源，该如何对一个系统进行认证和授权? 一旦用户已在使用网格，我们该如何使这些用户只使用分配给网格的资 源，而不是这些系统上的全部资源? 以及吸取早期入侵检测得到的教 训，如何使负面影响达到最小，这样监控和管理网格安全的人才能知道 他们在寻找的到底是什么? 信息系统和性能( i s p ) 。尽管i s p 领域与很多领域都有关系，但它的主要 目标还是可以概要叙述为对网格进行监视。他们想知道，网格中有多少 个独立的系统在工作? 这些系统是否陷入停顿状态? 它们是否已经离 线? 哪个组件失败了? 数据吞吐量和性能如何? 安全问题情况如何? 端到端应用( p 2 n 。每一天都会出现越来越多的端到端应用程序，它们并 不都是用来共享盗版音乐文件的。端到端网格是一种特别的系统，它们 通过一种更加直觉的信任模型实现资源共享，这种模型与经典网格中严 格的分层的自项向下的模型有所不同。端到端领域是端到端研究组于 2 0 0 2 年末创建的，端到端研究组是一个由近8 0 个公司参与的协会，这 些公司将它们的工作转移到了g g f 中。这个工作组面临的一个最基本 的问题是，“端到端环境中，数据和资源是在节点上分布的，那么我们 该如何提供一个正确和随时更新的可用资源列表呢? ” 调度和资源管理( s r m ) 。如果没有调度和资源管理，或者甚至没有提交 作业的手段，网格计算就不会有太大用处。调度和资源管理领域致力于 研究如何掌控向网格提交作业的整个过程，以及后续允许对资源进行调 度以完成该作业的所有过程。 还有两个工作组需要提一下： 网格研究监管委员会( g r i dr e s e a r c ho v e r s i g h tc o m m i t t e e ，g r o c ) 。作用 是在研究方向方面给g g f 提出建议，以保证g g f 研究组不仅能跟上 当今软件技术的发展，还能处于软件技术的最前沿。g r o c 也负责一项 工作室计划，目的是将多个g g f 工作组和研究组结合起来，看看是否 有重复和缺失的方面。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 g g f 指导工作组( g r i ds t e e r i n gg r o u p ，g f s g ) 。负责协调和检查所有工作 组研究组和领域内的工作。g f s g 还对由g g f 文档系列f d o c u m e m s e r i e s ) 所产生的g g f 标准以及其他文档负责。 g g f 文档系列 从某种意义上说，工作组中所有最辛苦的工作就是编写和验证文档。所有待 出版的文档当还在工作组或研究组内部的时候，都称为“网格工作草案”f g r i d w o r k i n gd r a f t s ，g w d ) 。下一步，这些文档被提交给g g f 编辑和g g f 指导工作 组。一旦这些文档经过批准，就成为“网格论坛文档”( g r i df o m md o c u m e n t s ， g f d 、。 g g f 定义了四种类型的文档： 情报文档。用于提醒整个社团，告诉他们一个( 或一些) 有用的点子。 试验文档。用于告诉整个社团有关某个( 或一些) 想法的有用的试验、试 验台或实现。 社团实践文档。用于告诉整个社团些通用的实践或过程。这些文档的 目标是对整个社团产生影响。 推荐文档。用于为规范制定文档。它与i n t e m e t 标准的跟踪文档类似。 g g f 推荐文档最初只是一些提议( “p m p o s e d ”) 。随着试验的深入，并经 过多次互操作试验的验证，它们就可能变成完整的g g f 推荐文档。 2 2 3 网格标准演进 图2 3 网格标准演进 北京邮电大学硕士学位论文 基于网格处理乎台的远程医疗处理系统和可靠性研究 2 0 0 2 年2 月，在加拿大多伦多市召开的全球网格论坛g g f 会议上，g l o b u s 项目组和i b m 共同倡议了一个全新的网格标准0 g s a 。o g s a 把g l o b u s 标准 与以商用为主的w c bs e i c e s 的标准结合起来，网格服务统一以s en r i c e s 的方 式对外界提供。o g s a 的诞生，标志着网格已经从学术界的象牙塔延伸到了商 业世界中，而且从一个封闭的世界走向了开放的环境中。 g l o b u s 于2 0 0 3 年7 月发布了o g s a 规范的第一版，即o p e ng r i ds e r v i c e s i n f r a s t r u c t l l r e ( o g s i ) 规范1 0 版。从那时起，g g f 开始与g 1 0 b u sa 1 1 i a n c e 紧 密合作，增强标准，同时将新的w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ( w s r f ) 规范提 交给o a s i s ，以便实行标准化。 这项提案包含了o g s i 的基本原理和实际功能，可以看作对o g s i 的发展， 将w e bs e n r i c e 的标准容纳进来，以满足网格服务的原理和需求。规范中的语法 和术语发生了变化，并分解为若干独立的规范，其中的每一种都致力于某个特定 领域。w s r f 规范： w s r e s o u r c e p m 口e r t i e s ，定义有状态w 曲s e r v i c e w s r e s o u r c e “f e t i m e ，定义w e bs e i c e 的生命周期 w s r e n e w a b l e r e f e r c n c e s ，定义了w e bs e r v i c e 的端点引用和选址 w s s e r 、，i c e g r o u p ，定义了w e bs e n t i c e 组的创建和使用 w s - b a s e f a u h ，定义错误报告中使用的错误类型 w s - n o t i f i c a t i o n ，定义了通知机制的框架 0 g s a 从一诞生，就得到业界的广泛支持，像微软、p l a t f o mc o m p u t i n g ( 一 家分布式计算软件公司) 、a 、，a k i ( 商用网格解决方案提供商) 、e n t r o p i a ( 基于p c 的 分布式计算网格技术提供商) 等从一开始就宣传支持0 g s a 。到目前为止，o g s a 已经广为接受，几乎所有的业界同仁都认为它就是网格的未来。由于o g s a 是 在g g f 会议上提出来的，g g f 也就顺理成章地成为o g s a 标准化进程的领头 羊。 目前，g g f 有4 个研究组负责与o g s a 相关的标准制定工作： 开放网格服务体系结构工作组0 g s a w g 开放网格服务基础设施工作组o g s i w g 开放网格服务体系结构安全工作组o g s a s e c w g 数据库访问和集成服务工作组d a i s w g 。 北京邮电大学硕十学位论文 基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 2 2 40 g s a 的目标 o g s a 具有下列目标： 跨分布式异构平台管理资源。 交付无缝的服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c e ，o o s ) 。网格的拓扑结构通常十 分复杂，而且网格资源的交互往往是动态的。有一点很重要，即网格可 以提供健壮的后台服务，比如授权、访问控制和委托。 为自治管理解决方案提供公共基础。网格可以包含许多资源，还有大量 的配置组合、交互以及状态与故障模式的改变。对于这些资源来说，一 些智能自动调节与自治管理方式是必不可少的。 定义开放的、已公布的接口。0 g s a 是一种由g g f 标准团体进行管理 的开放式标准。为了不同资源的互操作性，网格必须构建在标准接口及 协议之上。 利用行业标准的集成技术。o g s a 的创始者很有远见地利用了现有解决 方案。o g s a 的基础是w c bs e n r i c e 。 2 2 50 g s a 与w e bs e r v i c e o g s a 吸纳了许多w e bs e n r i c e 标准，如w e bs e r v i c e 描述语言( w s d l ) 、简 单对象访问协议( s o a p ) 、轻目录访问协议( l d a p ) 、w 曲s e i c e 探测 ( w s i n s p e c t i o n ) 等。这些标准用于定位、调度计算资源并保证它们的安全。 w e bs e r v i c e 的所有协议都基于标准的w 曲协议，诸如：h t t p ，扩展的标 记语言x m l ，简单对象访问协议s o a p ，w c bs e i c e 描述语言w s d l ，通用描 述、发现与集成u d d i 等。这些协议组成堆栈的形式，每一个下层提供对它上层 的支持，同时每一个上层都必须基于所有的下层协议之上。 相对于其它技术，w e bs e r v i c e 具有很多优势：采用标准x m l 语言，因此它 是平台和语言无关的；大部分w 曲s e r v i c e 采用h t t p 作为信息传输协议，因此 更容易开发跨网络的应用。但是，不可避免地w e bs e n r i c e 也有一定的缺点，如 由于采用x m l 语言，传输效率低于采用二进制代码；功能性不强，缺乏多样性 的性能，只支持很基本的服务种类；它解决了发现和激发永久服务的问题，但却 具有不连续性和非暂时性的缺点等。 o g s a 采用w e bs e r v i c e 框架的优点是：一方面，通过注册和发现接口定义 和终端( e n d p o i n t ) 实现描述以及动态产生特定接口绑定的代理，在异构环境中能 够支持服务的动态发现和合成。另一方面，由于w 曲s e i c e 机制在商业应用领 域广泛采用，0 g s a 采用w 曲s e i c e 框架使人们能够利用许多现有的开发工具 北京邮电人学硕上学位论文基于网格处理平台的远程医疗处理系统和可靠性研究 和扩展服务，如产生语言绑定的w s d l 处理器。 w e bs e r v i c e 是网格服务及o g s a 的基础，因此了解w e bs e i c e 的体系结构 能够更好地理解和部署网格服务。w e bs e r v i c e 是一种分布式计算技术f 类似 c o r b a 、r m i 、e j b 等) ，它能在所有支持i n t e m e t 通信的操作系统上实现。目 前被大量布署于商业应用的c s 模式中。w e bs e r v i c e 的基本结构是基于服务提 供者( w 曲s e r v i c e 器) 、请求者( 客户机) 和中介者( u d d i 注册中心) 三个角色之间 的交互、交涉及服务的发布、发现和服务请求者与服务提供者之间的绑定三个动 作。可简单地归结为客户根据需求向w e bs e n ，i c e 发送服务请求，w e bs e r v i c e 向 客户返回服务结果。 g r h s i a r t e l d f a r a l na 1 ) p s & 自h 、b 2 2 60 g s a 架构 v 略r f ” 图2 4 网格和w e